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1、生物分离工程复习纲要-裴武第一章 绪论 1、生物分离工程在生物技术中的地位？ 答： 生物技术的重要目的是运用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品，而分离纯化过程是生物产品工程的重要环节。因此，生物分离工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术转化为生产力所不可缺少的重要环节，在生物技术研究和产业发展中发挥着重要作用，其技术进步限度对于保持和提高各国在生物技术领域内的经济竞争力有至关重要的作用。 2、生物分离工程的特点是什么？ 答：生物分离是从生物材料、微生物的发酵液、生物反映液或动植物细胞的培养液中分离并纯化有关产品（如具有药理活性作用的蛋白质等）的过程，又称为下游加工过程。 生物
2、工程的重要特点是生物制品多种多样; 常无固定操作方法可循;生物材料组成非常复杂, 分离操作环节多，不易获得高收率; 培养液（或发酵液）中所含目的物浓度很低，而杂质含量却很高; 分离进程必须保护化合物的生理活性; 生物活性成分离开生物体后，易变性、破坏。 3、生物分离工程可分为几大部分，分别涉及哪些单元操作？ 答：生物分离工程可分为可分为不溶物的去除、产物分离、产品的纯化及产品的精制四大部分。 不溶物的去除涉及过滤、离心和细胞破碎，通过这些单元操作使产物浓度和质量得到了提高。 产物分离涉及离子互换吸附、萃取等。其中萃取又分为溶剂萃取、反微团萃取、 超临界流体萃取和双水相萃取等。以上分离过程不具有
3、特异性，只是进行初分 可提高产物浓度和质量。 产品的纯化涉及色谱、电泳、沉淀等单元操作，这些技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。 产品的精制涉及结晶及干燥等单元操作。 4、在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能保证我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？ 答：在设计下游分离过程前，通常要注意以下几个问题： 1)生物材料的组成成分非常复杂，有数百种甚至更多，各种化合物的形状、大小、相对分子质量和理化性质都各不相同，有的迄今还是未知物，并且这些化合物在分离时仍在不断的代谢变化中。 2)在生物材料中，有些化合物含量很低或极微，制备时，原材料用量很大，得到产品很少。近年来，运用某些分子特有的专一亲和
4、力，将某一化合物从极复杂的体系中分离出来，与其他化学分离技术相比具有很大的优越性。 3)许多生物活性物质，一旦离开了生物体内环境，很易变性和被破坏，应十分注意保护这些化合物的生物活性，常选择十分温和的条件，尽也许在较低温度和洁净环境中进行。4)生化分离制备过程几乎都在溶液中进行，各种温度、pH、离子强度等参数，对溶液中各种组成的综合影响，经常无法固定，有些实验或工艺的设计理论性不强，常带有很大的经验成分。因此，要建立反复性好的成熟工艺，对生物材料、各种试剂及其辅助材料等都要严格地加以规定。第二章 过滤 1、何谓过滤 答：过滤 （filltration）是借助粒状材料或多孔介质截除水中悬浮固体的
5、过程。过滤是将料液通过固体支持或者过滤介质时，使得固体物质从溶液中分离，对于好的定形的晶体，这是一种最直接的环节。过滤操作广泛用于各种化工生产中，特别是用于分离液体中的固体颗粒，也有用于分离气体的粉尘，如袋滤器。 2、凝聚和絮凝的区别 答：凝聚从作用机理来看，是指胶体和分散系双电层压缩、电位破坏、电性中和而脱稳并聚集为絮粒的过程。 絮凝从工艺上看，是指絮粒通过吸附、交联、网捕，聚结为大絮体沉降的过程。采用凝聚方法得到的凝聚体，颗粒经常是比较细小的，有时还不能有效地分离。3、常用的絮凝剂有哪些？ 絮凝剂有不少品种，其共通特点是可以将溶液中的悬浮微粒聚集联结形成粗大的絮状团粒或团块。 （1）无机絮
6、凝剂：简朴的酸或碱、三氯化铁 （2）有机高分子絮凝剂：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、多聚胺衍生物 硅藻土、珍珠岩 4、过滤设备分类 答：过滤设备从传统的板框式过滤机到旋转式真空过滤设备，种类很多。最普遍的是板框式过滤机，有可填充的、金属隔片的和凹显空间滤饼的。其它类型尚有平的金属板，可用滤纸或滤布过滤介质在开放式框架上分离形成滤饼。这种过滤机适合于相对的干性滤饼，能被清除，不适合有毒气和生物危害物的滤饼。 第三章 离心和沉降 1、何谓沉降 答：由于分散相和分散介质的密度不同，分散相粒子在力场(重力场或离心力场)作用下发生的定向运动。沉降的结果使分散体系发生相分离。可运用悬浮在流体(气体或液体)中的固体
7、颗粒下沉而与流体分离。运用悬浮的固体颗粒自身的重力而获得分离的称做重力沉降(gravitational settling)。运用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离的称做离心沉降(centrifugal settling)。应用于化学、燃料、冶金等工业，如气体的净化、沉淀或晶体的集积等。 2、沉降与离心的异同 答：离心分离是基于固体颗粒和周边液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程。当静置悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降 3、沉降与离心的速度方程 答：离心沉降方程为： 式中， 转鼓回转角速度，r/sr 转鼓中心轴线与微粒间距离, m.
8、 4、离心设备可分为哪两大类?答：运用离心沉降力将悬浮液中固液相分离，其设备可分两大类：一 类是离心沉陈设备，另一类是离心过滤设备。5、常用的离心沉降设备有哪些？ 答： 离心沉降设备从操作方式上看，有间歇(分批)操作和连续操作之分；从型式上看有管式、套筒式、碟片式等型式；从出渣方式上看、有人工间歇出渣和自动出渣等方式。此外，旋液分离器也属于离心沉降设备。 6、常用的离心过滤设备有哪些？ 常用的离心过滤设备重要有三种，(1)三足式离心机；(2)卧式刮刀离心机；(3)螺旋卸料离心机第四章 细胞破碎 1、简述细胞破碎的意义 答： 细胞破碎(即破坏细胞壁和细胞膜)使胞内产物获得最大限度的释放。通常细胞
9、壁较坚韧，细胞膜强度较差，易受渗透压冲击而破碎，因此破碎的阻力来自于细胞壁。各种微生物的细胞壁的结构和组成不完全相同，重要取决于遗传和环境等因紊，因此，细胞破碎的难易限度不同。此外，不同的生化物质，其稳定性亦存在很大差异，在破碎过程中应防止其变性或被细胞内存在的酶水解，因此选择适宜的破碎方法十分重要。 2、细胞破碎方法的大体分类 3、渗透压的计算方法 答：渗透压的数值也许很大，可以用化学平衡的概念来估算， 式中 ，分别为细胞外和细胞内压强，Pa气体常数，8.314Jmol-1K-1细胞液温度, K； C 细胞内溶质浓度，molm3。 该式称为Vant Hoff （范特荷夫）定律。 第五章 萃取
10、 1、什么是萃取过程？ 答：萃取过程是运用两个不相混溶的液相中各种组分(涉及目的产物）溶解度不同、从而达成分离的目的。 2、液液萃取从机理上分析可分为哪两类？ 答：从萃取机理来讲，液液萃取可分为：运用溶剂对需分离组分有较高的溶解 能力，分离过程纯属物理过程的物理萃取；溶剂一方面有选择性地与溶质化合成络合，从而在两相中重新分派而达成分离目的的化学萃取。 3、常见物理萃取体系由那些构成要素？ 答：物理萃取体系重要由溶质、原溶剂和萃取剂组成。通常，持解决溶液中被萃取的物质被标为溶质，其他部分则为原溶剂，加入的第三组分被称作萃取剂。选取萃取剂的基本条件是对料液中的溶质有尽也许大的溶解度，而与原溶剂则互
11、不相溶或微镕。当萃取剂加入到料液中混合薛置后提成两液相：一相以萃取剂(含溶质)为主，称之为苹取相；另一相以原溶剂为主，称为萃余相。4、何谓萃取的分派系数？其影响因素有哪些？ 答：在研究萃取过程时，常用分派系数表达平衡的两个共存相中溶质浓度的关系。对互不混溶的两液相系统，分派系数k为 kyx 式中 y 平衡时溶质在轻相中浓度， x 平衡时溶质在重相中浓度。 5、何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？ 答：超临界萃取就是运用超临界流体的特殊性质，使之在高压条件下与待分离的固体或液体混合物相接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的办法，减少超临界流体的密度，从而萃取物得到分离。超临界萃取作为一种分离工
12、艺的开发和应用的根据是，一种溶剂对固体和液体的苯取能力和选择性在其超临界状态下铰之在其常温常比条件下可获得极大的提高。 超临界萃取工艺具有如下特点： (1)超临界萃取同时具有精馏和液相萃取的特点，即在萃取过程中由于被分离物质问的挥发度的差异和它们分子间亲和力的不同，这两种因素同时发生作用而产生相际分离效果。 (2)超临界萃取具有独一无二的优点是它的萃取能力的大小取决于流体的密度，而流体密度很容易通过调节温度和压力来加以控制。 (3)超临界萃取的溶剂回收，方法简朴并且大大节省能源。被萃取物可通过等温降压或等压降温的办法与萃取剂分离；而萃取剂只需再经压缩便可循环使用。 (4)高沸点物质往往能大量地
13、、有选择性地溶解于超临界流体中而形成超临界流体相。由于超临界萃取工艺不一定需要在高温下操作故特别适合十分离易受热分解的物质。 超临界萃取有其不利的因素。它的重要缺陷是：为了获得相称高的压力的超临界条件，设备投资将花谈很大。事实上、出于高昂的设备投资，超临界单取工艺只有在精馏和液相萃取府用不利的情况才予以考虑。 6、何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？ 答：双水相萃取法是运用物质在互不相溶的两水相间分派系数的差异来进行萃取的方法。 常见的双水相构成体系可以分为三类：互不相溶，形成两个水相，两种高聚物分别富集于上、下两相；复合凝聚，也形成两个水相，但两种高聚物都分派子一相，另一相几乎所有为
14、溶剂水；完全互溶，形成均相的高聚物水溶液。第六章 吸附和离子互换 1、影响吸附的重要因素？ 答：固体在溶液中的吸附比较复杂，影响因素也较多，重要有吸附剂、 吸附质、溶剂的性质以及吸附过程的具体操作条件等。现将重要因索 简述如下。 2、亲和吸附的原理和特点是什么？ 答：亲和吸附原理：亲和吸附依靠于涪质和树脂之间特殊的化学作用，这不同于依靠范德华力的传统吸附及离子互换静电吸附。亲和吸附具有更高的选择性，吸附剂由载体与配位体两部分组成。载体与配位体之间以共价键或离子簇相连，但载体不与溶质反映。相反，被束缚的配位体有选择地与溶质反映，当涪质为大分子时，这种作用表达为“钥匙和钥匙”的机制，大体可分为三步
15、： 配基固定化 选舞合适的配基与不溶性的支撑载体偶联，或共价结合成具有特异亲和性的分离介质。 吸附样品 亲和吸附介质选择性吸附酶或其他生物活性物质，杂质与层折介质问没有亲和作用，故不能被吸附而被洗涤去除。 样品解析 选择适宜的条件，使被吸附的亲和介质上的酪或其他生物活性物质解吸。 亲和吸阳的特点： 亲和吸附酌最大优点在于，运用它从租提液中通过一次简朴的解决便可得到所需的高纯度活性物质。此外亲和吸附具有对设备规定不高、操作简便、合用范围广、特异性强、分离速度快、分离效果好、分离条件温和等优点，其重要缺陷是亲和吸附剂通用性较差，要分离一种物质得重新制备专用的吸附剂；由于洗脱条件较苛刻，须很好地控制洗
